响应曲面法优化影响清真牛肉香肠感官品质和保质期的超高压工艺参数

王辉 杨君娜 陈文华等

摘 要：利用响应曲面法，对影响清真牛肉香肠感官品质、脂肪氧化和保质期的超高压参数进行了试验优化设计，建立了各响应值的二次多项式数学模型，验证了模型的有效性。结果表明：在处理压力200～600MPa、保压时间5～25min、处理温度20～60℃的模型区间内，此3者均为影响感官品质和保质期的显著影响因子，显著顺序为处理压力>保压时间>处理温度，并得出超高压处理清真牛肉香肠感官品质和保质期的最优工艺参数：压力473.59MPa，时间14.94min、温度20℃。在此条件下清真牛肉香肠的硬度2785g、弹性0.6711、内聚力0.2871、咀嚼度673.8、硫代巴比妥酸还原值0.6888mg/100g，感官评价16.16，保质期26.34d。

关键词：清真牛肉香肠；超高压；响应曲面法；质构分析；感官评价；脂肪氧化；保质期

中图分类号：TS251.1 文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2013）11-0010-09

超高压作为一项新型非热加工技术，在肉制品低温杀菌和延长货架期[1-3]、钝化酶类[4-6]及改善感官品质[7-9]等方面显示出不可替代的优越性。由于该技术的作用机理是单纯的物理作用，能够最大程度地保持肉制品原有的色香味型[5]，对产品不会造成显著的影响[10]。目前，日本及欧美发达国家已实现了超高压加工产业化，并将其应用于肉制品加工中，如切片火腿、帕尔马火腿、西班牙风干火腿、色拉米香肠[11]、熟制鸡肉等[12]。

清真食品是中华传统饮食文化的一个重要组成部分，其中清真牛肉香肠是其中消费量最大的一种。目前该类香肠主要按照西式低温熏煮香肠的加工方式生产[13]，但是由于在加工过程中热处理水平较低，在包装过程中容易被二次污染[14]，在真空包装且有冷链保藏的条件下，2周左右也会出现腐败的现象[15]。

本实验为探索超高压在熏煮香肠加工方面的应用，采用不同压力、时间和温度的组合处理清真牛肉香肠，通过响应曲面法进行试验设计，研究超高压处理对清真牛肉香肠的感官品质、脂肪氧化及保质期的影响，并优化超高压加工技术参数，为实际生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

清真牛肉香肠配方（kg）：牛肉80、鸡皮20、味精0.3、食盐2.2、亚硝酸钠0.008、异抗坏血酸钠0.1、磷酸盐0.4、白糖2、香辛料0.4、红曲0.3、淀粉5、大豆分离蛋白4、冰水40。

牛肉小黄瓜条购于北京御香苑集团公司；其他辅料均市购。

三氯乙酸、三氯甲烷、氯化钠均为分析纯 北京化学试剂公司；乙二胺四乙酸二钠（生物技术级） 美国Amresco公司；2-硫代巴比妥酸（生化试剂） 国药集团化学试剂有限公司；平板计数琼脂培养基（生物试剂） 北京双旋微生物培养基制品厂；月桂基硫酸盐胰蛋白胨、煌绿乳糖胆盐、结晶紫中性红胆盐琼脂均为生化试剂 北京奥博星生物技术有限责任公司。

1.2 仪器与设备

ABM-2组织粉碎机 日本日精株式会社；SCR20BC高速冷冻离心机 日本日立公司；UV/VIS-2800分光光度计 尤尼柯（上海）有限公司；TA.XT plus质构仪 英国Stable Micro System公司；HZQ-X100振荡培养箱 哈尔滨东明医疗仪器厂；HPP600/15L高压处理设备 包头科发新型高技术食品机械有限责任公司；LA2-3A1生物安全柜 新加坡ESCO公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

原料修整→滚揉→绞碎→配料→斩拌乳化→灌肠→烟熏蒸煮→冷却→真空包装。

每根香肠（40±5）g，采用胶原蛋白肠衣，每包5根，真空包装袋为聚酰胺/聚乙烯，20℃下包装袋的透氧率为24cm3/（m2·d）。样品制备后在4℃条件下贮藏备用。

1.3.2 样品高压处理

根据设计，将样品在20～60℃条件下分别以200～600MPa处理5～25min，处理时间不包括升、卸压时间。传压介质为水，水温由温控系统控制，升压速度为4MPa/min，降压为瞬时卸压，保压期间波动压力不大于5%，处理结束后，样品于4℃条件下冷却备用。每组样品设3个平行肉样，并设控制组样品。

1.3.3 质构分析

测定使用物性测试仪进行，测定方法采用质构剖面分析法（texture profile analysis，TPA）。参数设置：测试前速度2.0mm/s、测试速度1.0mm/s、测试后速度1.0mm/s、样品压缩比75%、两次压缩中停顿时间为5s，探头类型P50，样品规格1.5cm高的圆柱体，测定时环境温度25℃。测定结果取硬度、弹性、内聚力、咀嚼度4个指标。

1.3.4 脂肪氧化的测定

采用硫代巴比妥酸反应物（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）法检测[16]。称取10g样品，用组织破碎机充分绞碎后，置于100mL三角烧瓶中，加入50mL质量浓度为7.5g/100mL三氯乙酸溶液（含有质量浓度为0.1g/100mL乙二胺四乙酸二钠），在4℃条件下振摇30min。所得样液经双层滤纸过滤2次，取5mL滤液与5mL 0.02mol/L的2-硫代巴比妥酸溶液混合于50mL离心管中，混合液在90℃水浴条件下保持40min，取出后以流水冷却至室温。混合液5000×g离心5min，取5mL上清液与5mL三氯甲烷混合振荡，待样品分层后，取上层有机相进行在532nm和600nm处进行比色，记录吸光度。每个样品设3个平行样测定，TBARS值按照以下公式计算：

式中：TBARS为硫代巴比妥酸还原值/（mg/100g）；A532及A600分别为丙二醛与2-硫代巴比妥酸的反应产物在532nm和600nm处的最大和最小吸光度；155为丙二醛在532nm处的毫摩尔消光系数。

1.3.5 感官评定

本实验感官评定按照SB/T10279—2008《熏煮香肠》[17]进行，采用双盲法进行检验，即对样品进行密码随机编号（本研究采用3位随机数字）。评定分数采用1～7分制，1分最低，7分最高。每次评定由每个评定人员单独进行不同样品评定之间用温水漱口。感官指标包括：外观、色泽、组织状态、风味。

1.3.6 保质期测定

保质期为样品在4℃低温条件下，其微生物指标符合国标GB 2726—2005《熟肉制品卫生标准》[18]相关规定的保藏时间。具体操作方法参考国标GB4789.2—2010《菌落总数测定》[19]和GB4789.3—2010《大肠菌群计数》[20]进行。

1.4 响应曲面法试验设计

采用Box-Behnken 三因素三水平的响应曲面设计方法，以处理压力、保压时间和处理温度3个因子为自变量，分别表示为x1、x2、x3，确定各试验因子取值范围为200～600MPa、5～25min和20～60℃，分别以X1、X2、X3来表示，并以1、0、-1分别代表自变量的高、中、低水平，按方程xi=（Xi-X0）/ΔX对自变量进行编码，其中xi为自变量的编码值，Xi为自变量的真实值，X0为试验中心点处自变量的真实值，ΔX为自变量的变化步长，试验中自变量因素编码及水平见表1。

以超高压处理清真牛肉香肠的硬度、弹性、内聚力、咀嚼度、脂肪氧化、感官评价及保质期为响应值（Yn），分别进行二次多项回归方程拟合及优化分析，预测模型响应值由最小二乘法拟合的二次多项方程表示：

Yn=B0+B1x1+B2x2+B3x3+B12x1x2+B13x1x3+B23x2x3+B11x12+B22x22+B33x32

式中：Yn为各检测项目的响应值，B0为常数项；B1、B2、B3分别为线性系数；B13、B13、B23分别为交互项系数；B11、B22、B33为二次项系数，需进行至少17组试验来求得各响应值方程的各项系数。

1.5 数据处理及分析

采用统计软件Design Expert V8.0.6（Stat-Ease Inc.， Minneapolis， MN， USA.）进行试验设计与数据分析。

2 结果与分析

2.1 响应曲面法优化试验的设计方案与试验结果

采用统计软件Design Expert进行设计并优化出的17组试验安排以及试验结果见表2。

2.2 回归模型建立、方差分析及系数显著性分析

采用统计软件Design Expert对表2试验数据进行二元回归拟合，分别获得硬度（Y1）、弹性（Y2）、内聚力（Y3）、咀嚼度（Y4）、脂肪氧化（Y5）、感官评价（Y6）及保质期（Y7）对编码自变量处理压力、保压时间和处理温度的二次多项式模型方程：

从回归模型方程系数显著性检验表4中可知，一次项x1（压力）、x2（时间）、x3（温度）对于清真牛肉香肠的硬度、弹性、内聚力、咀嚼度、脂肪氧化、感官评价及保质期的影响均极显著（P<0.0001）；二次项x12对清真牛肉香肠的硬度、弹性、内聚力、咀嚼度、感官评价的影响极显著（P<0.01），对脂肪氧化的影响显著（P<0.05），x22对各指标的影响均极显著（P<0.01），x32对于清真牛肉香肠的弹性、咀嚼度、脂肪氧化的影响均极显著（P<0.01），对内聚力的影响显著（P<0.05）；交互项x1x2对清真牛肉香肠的弹性、内聚力、脂肪氧化及保质期的影响均极显著（P<0.01），对硬度、咀嚼度和感官评价的影响显著（P<0.05），x1x3对清真牛肉香肠的硬度、弹性、脂肪氧化的影响极显著（P<0.01），对内聚力、咀嚼度、感官评价、保质期的影响显著（P<0.05），x2x3对清真牛肉香肠的咀嚼度和保质期的影响显著（P<0.05）。

2.3 超高压处理清真牛肉香肠质构的响应面分析

2.3.1 超高压处理清真牛肉香肠硬度的响应面分析

2.3.2 超高压处理清真牛肉香肠弹性的响应面分析

通过对以上响应曲面的分析可知，超高压处理能够有效地延长清真牛肉香肠的微生物保质期，改善香肠的质构指标，但会促进产品的脂肪氧化，对感官品质的影响也逐渐增强。其中处理压力是影响清真牛肉香肠质构、脂肪氧化和保质期的最主要因素，其后为保压时间和温度。对于质构分析中硬度和内聚力的影响，都呈现逐渐下降的趋势，而弹性和咀嚼度则呈现先降后升的情况。随着压力、时间和温度的升高，保质期明显延长，由此也导致脂肪氧化的加剧和感官品质的恶化。通过Design Expert统计软件分别对质构、感官评价、脂肪氧化及保质期进行分析，在600MPa、18min和34.19℃条件下，质构分析中的4个指标达到最好的状态；在597.15MPa、24.94min和33.44℃条件下，保质期可达到47.21d；在200MPa、5min和40℃条件下，TBARS值为0.4371mg/100g；在201.40MPa、5.85min和22.82℃条件下，感官评价达到19.45。对清真牛肉香肠的试验结果进行硬度、弹性、内聚力、咀嚼度、TBARS值、感官评价和保质期等7项指标联合最优求解，获得最优超高压加工参数：处理压力为473.59MPa、处理时间为14.94min、保压温度为20℃，此时7项指标分别为：硬度2785g，弹性0.6711，内聚力0.2871，咀嚼度673.8；TBARS值0.6888mg/100g，感官评价16.16，保质期26.34d。

3 结 论

3.1 将响应曲面分析法中的Box-Behnken模式应用于清真牛肉香肠超高压处理参数的优化分析，建立并验证了各相应响应值的回归方程及其有效性。

3.2 数据表明：在处理压力、保压时间和处理温度是超高压处理影响清真牛肉香肠质构、感官评价、脂肪氧化及保质期的显著相应因子，分析表明在试验设计区间内，自变量因子的显著顺序为处理压力>保压时间>处理温度。

3.3 综合优化得出超高压处理清真牛肉香肠的最优工艺参数：处理压力473.59MPa、处理时间14.94min、保压温度20℃。在此条件下，得出香肠的各响应值：硬度2785g，弹性0.6711，内聚力0.2871，咀嚼度673.8；感官评价16.16，TBARS值0.6888mg/100g，保质期26.34d。

参考文献：

[1] GARRIGA M， GREBOL N， AYMERICH M T， et al. Microbial inactivation after high-pressure processing at 600 MPa in commercial meat products over its shelf life[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies， 2004， 5（4）： 451-457.

[2] CARLEZ A， ROSEC J P， RICHARD N， et al. Bacterial growth during chilled storage of pressure-treated minced meat[J]. LWT-Food Science and Technology， 1994， 27（1）： 48-54.

[3] RAMIREZ-SUAREZ J C， MORRISSEY M T. Effect of high pressure processing （HPP） on shelf life of albacore tuna （Thunnus alalunga） minced muscle[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies， 2006， 7（1）： 19-27.

[4] HOMMA N， IKEUCHI Y， SUZUKI A. Levels of calpain and calpastatin in meat subjected to high pressure[J]. Meat Science， 1995， 41（3）： 251-260.

[5] HUGAS M， GARRIGA M， MONFORT J M. New mild technologies in meat processing： high pressure as a model technology[J]. Meat Science， 2002， 62（3）： 359-371.

[6] JUNG S， de LAMBALLERIE-ANTON M， TAYLOR R G， et al. High-pressure effects on lysosome integrity and lysosomal enzyme activity in bovine muscle[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2000， 48（6）： 2467-2471.

[7] FEMANDEZ P P， SANZ P D， MOLINA-GARCIA A D， et al. Conventional freezing plus high pressure-low temperature treatment： physical properties， microbial quality and storage stability of beef meat[J]. Meat Science， 2007， 77（4）： 616-625.

[8] SIKES A L， TOBIN A B， TUME R K. Use of high pressure to reduce cook loss and improve texture of low-salt beef sausage batters[J]. Innovative Food Science & Emerging Technologies， 2009， 10（4）： 405-412.

[9] IWASAKI T， NOSHIROYA K， SAITOH N， et al. Studies of the effect of hydrostatic pressure pretreatment on thermal gelation of chicken myofibrils and pork meat patty[J]. Food Chemistry， 2006， 95（3）： 474-483.

[10] CHEFTEL J C， CULIOLI J. Effects of high pressure on meat： a review[J]. Meat Science， 1997， 46（3）： 211-236.

[11] SUN X D， HOLLEY R A. High hydrostatic pressure effects on the texture of meat and meat products[J]. Journal of Food Science， 2010， 75（1）： 17-23.

[12] 王志江， 周文化， 蒋爱民， 等. 响应曲面法优化超高压处理熟制鸡肉条件的研究[J]. 食品与机械， 2009， 25（1）： 36-40.

[13] 朱彤， 臧明伍， 徐瑶. 清真牛肉香肠的研制[J]. 农村新技术： 加工版， 2010 （11）： 31-32.

[14] MOR-MUR M， YUSTE J. High pressure processing applied to cooked sausage manufacture： physical properties and sensory analysis[J]. Meat Science， 2003， 65（3）： 1187-1191.

[15] FEMANDEZ P， COFRADES S， SOLAS M T， et al. High pressure-cooking of chicken meat batters with starch， egg white， and iota carrageenan[J]. Journal of Food Science， 1998， 63（2）： 267-271.

[16] 韩衍青， 张秋勤， 徐幸莲， 等. 超高压处理对烟熏切片火腿保质期的影响[J]. 农业工程学报， 2009， 25（8）： 305-311.

[17] 中华人民共和国商务部. SB/T10279—2008 熏煮香肠[S]. 北京： 中国标准出版社， 2008.

[18] 中华人民共和国卫生部， 中国国家标准化管理委员会. GB 2726—2005 熟肉制品卫生标准[S]. 北京： 中国标准出版社， 2005.

[19] 中国疾病预防控制中心营养与食品安全所. GB4789.2—2010 菌落总数测定[S]. 北京： 中国标准出版社， 2010.

[20] 中国疾病预防控制中心营养与食品安全所. GB4789.3—2010 大肠菌群计数[S]. 北京： 中国标准出版社， 2010.